Сегодня каждому — ну, может, не каждому вообще, но уж любому из читателей «Компьютерры» точно — доступен такой инструмент, как 3D-принтер. В столичных магазинах он стоит как приличный ноутбук. Из Китая машинку, которая пригодна для занятий ребёнка, увлекающегося моделированием техники Второй мировой, привозят менее чем за тысячу долларов. Поедает эта штуковина пластик, который на «китайском» рынке у МКАДа можно увидеть рублей по семьсот за килограмм, что ли… Ну а ожидаемый рост объёмов производства неизбежно снизит цены ещё сильней — и на сами устройства, и на расходуемые материалы.
Так что, как говорят энтузиасты, скоро мы можем увидеть революцию в методах производства товаров. Каждый сможет сделать себе именно то, что ему нужно, прямо на дому или в ближайшей мастерской (аналогично тому, как не имеющие дома 2D-принтеров распечатывают документы и фотографии). Да, конечно, пока трёхмерная печать использует дешёвый пластик… Но и он пригоден для очень многих полезных вещей, прежде всего моделей для литейного производства… Да и ассортимент материалов, на которых возможно применение такой технологии, ширится. Вот Европейское космическое агентство представило технологию трёхмерной печати из вольфрамовых сплавов. Там лазер наплавляет частички металла в нужную позицию; это не для дома, конечно, а для ракет.
Но для внедрения технологии нужна, кроме доступности оборудования и материалов, ещё одна вещь. Нематериальная, но незаменимая. Это — знания, как этой технологией пользоваться. Дадим слово Дмитрию Ивановичу Менделееву; именно великий химик писал для энциклопедии Брокгауза и Ефрона статью «Технология»: «Однако опыт веков ясно показал, что “обработка”, или “техника”, имеет множество своих собственных интересов, что она требует особого понимания предмета и навыка и что от неё очень много зависит затрата наименьшего труда, т. е. наибольшая выгодность при получении всякого рода потребительных предметов…»
Во времена Менделеева техника сосредоточивалась на фабриках и заводах, а носителями понимания предмета являлись выпускавшиеся в Харькове и Санкт-Петербурге инженеры-технологи. Хотя знание технологий было равно необходимо и инженерам-механикам: без него в конструировании не учесть тех ограничений, что материал и способ производства налагают на деталь, узел или механизм. (Интересующихся историей отошлём к книге А. Уланова и Д. Шеина «Первые Т-34», где они в документах смогут прочесть, сколько труда стоило доведение до нужного уровня технологии такой простейшей детали, как вентилятор…)
Такое сосредоточение «особого понимания предмета» в технологических отделах и бюро заводов и инжиниринговых фирм сохраняется и до наших дней — ведь и современные технологии живут в стенах предприятий. Но тут складывается парадокс: 3D-принтер переносит производственные возможности если не домой, то в ближайший сервисный пункт. Но — знания и навыки технологов, как быть с ними? Ограничиться тиражированием стандартных элементов? Однако зачем тут 3D-принтер? Массовое производство в Юго-Восточной Азии с нормальной интернет-дистрибуцией окажется дешевле…
Сообщества энтузиастов в процессе работы выработают технологические знания у любителей 3D-печати? Да, именно на это ориентирована идеология FabLab, привнесённая в нашу страну МИСиСом и РВК («Производство средств производства«). Но это — великолепно для студентов, сочетающих технологические знания с теорией непрерывно, а не в процессе производственной практики. Это очень хорошо для энтузиастов-любителей, эдаких «кружковцев». Но ведь для удешевления 3D-печати нужна массовая потребительская аудитория. А для этого требуется, чтобы каждый человек, набросав необходимую ему детальку, мог получить её в материале…
Ну, скажем, как сделать снимок цифровым фотоаппаратом. Сейчас же широкие народные массы делают множество цифровых снимков, не только не задумываясь о фотографической широте, но и не зная, что такое выдержка с диафрагмой, и даже не умея наводить на резкость. Всё за них делает автоматика… А системы автоматизации проектирования и производства, CAD и CAM, известны очень давно. Так что, может, просто надо тоже, вслед за техпроцессом, вывести их из заводских стен — благо мощность домашних компьютеров позволяет?
Обратимся к статье 2011 года тульских авторов О. В. Епифановой и Д. С. Троицкого «Автоматизация технологической подготовки производства деталей, изготавливаемых на оборудовании с ЧПУ». Они утверждают, что 35% пользователей CAM-систем вынуждены были в 2005–2008 годах использовать не готовые системы автоматизации производства от ведущих поставщиков (среди которых такие гиганты, как Dassault Systemes, Siemens, PTC), а создавать их индивидуально, своими силами или на заказ… «Это свидетельствует о наличии большого количества технологических задач, которые не решаются наиболее распространёнными CAM-средствами».
Причём речь идёт не о принципиально новой технологии, такой как 3D-печать, а о «классическом машиностроении. О тех технологических процессах, которые были отлажены до совершенства в прошлую, индустриальную эпоху. И о тех инструментах автоматизации производства, которые предлагаются профессиональным инженерам-технологам ведущими производителями. Инструментах весьма дорогих… Но — как рассказано в этой статье — для решения задачи точного позиционирования заготовок для пятикоординатного фрезерования пришлось разрабатывать оригинальное приложение…
То есть — не получится… Как же быть? И вот за поиск решения взялась фирма PARC, Palo Alto Research Center Incorporated. Та самая легендарная организация, в которой были созданы компьютерная мышка и лазерный принтер, Ethernet и принцип WYSIWYG — то есть тот облик компьютерного мира, который ныне привычен подавляющему большинству людей. Те самые передовые инновации, которые находят массовый платёжеспособный спрос и благодаря этому могут привлекать средства в отрасль. Ну а теперь исследователи из PARR занялись созданием экспертной системы, помогающей пользователям 3D-принтеров.
По словам CEO PARC Стефана Гувера (Stephen Hoover), целью работы является создание программного инструмента, позволяющего людям, которые не являются инженерами-технологами, прокладывать свой собственный путь сквозь пространство конструирования, от первоначального замысла до выдаваемых принтеру инструкций. То есть речь идёт о полноценной экспертной системе, ориентированной на массового пользователя. Системе, знающей ограничения, которые на детали накладывают материал и технология, и отбрасывающей неудачные конструкции на самых ранних этапах работы.
Инженерам классической эпохи в этом помогали опыт и интуиция (расчёты были очень трудоёмки и делались редко). Инструмент от PARC ими не наделён, но предоставляет пользователю ряд конструкторских и технологических программ. Как рассказывает специалист по интерфейсу «человек — машина» Тольга Куртоглу (Tolga Kurtoglu), перешедший в PARC из NASA, производится сравнение предлагаемой для трёхмерной печати конструкции и ограничений, налагаемых материалом и технологией. Сначала отыскиваются и исправляются самые грубые ошибки — например, слишком тонкие слои материала, которые неизбежно деформируются под собственным весом.
Потом осуществляется более сложное моделирование, и выявленные «узкие места» (в прямом и переносном смысле) корректируются путём предложения пользователю решений из стандартных библиотек. Так, шаг за шагом, формируется облик детали, которая будет и технологичной для 3D-печати, и подходящей по геометрическим и прочностным параметрам для возложенной для неё задачи. То есть программный инструмент от PARC готов взять на себя те функции, которые при работе с юным конструктором выполняли опытный технолог и расчётчик-прочнист. И инструмент этот может стать общедоступным, выйдя на массовый рынок трёхмерной печати, делая его ещё более массовым. САПР на базе экспертной системы дома? Так когда то и домашний компьютер казался абсурдом…